Wat is een knooppunt in rotortrilling? • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren. Wat is een knooppunt in rotortrilling? • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren.

Wat is een knooppunt in rotortrilling?

Gepubliceerd door admin op

Inzicht in knooppunten bij rotortrillingen

Definitie: Wat is een knooppunt?

A knooppunt (ook wel een knooppunt of knooppuntlijn genoemd als het gaat om driedimensionale beweging) is een specifieke locatie langs een trillende rotor waar de verplaatsing of de afbuiging blijft nul tijdens trillingen op een bepaald moment natuurlijke frequentie. Zelfs als de rest van de as trilt en uitwijkt, blijft het knooppunt stilstaan ten opzichte van de neutrale positie van de as.

Knooppunten zijn fundamentele kenmerken van modevormen, en hun locaties leveren cruciale informatie voor rotordynamiek analyse, balanceren procedures en strategieën voor sensorplaatsing.

Knooppunten in verschillende trillingsmodi

Eerste buigmodus

De eerste (fundamentele) buigmodus heeft doorgaans:

  • Nul interne knooppunten: Geen punten van nulafwijking langs de schachtlengte
  • Lagerlocaties als geschatte knooppunten: Bij eenvoudig ondersteunde configuraties fungeren lagers als knooppunten in de buurt
  • Maximale doorbuiging: Meestal ergens halverwege de lagers
  • Eenvoudige boogvorm: De schacht buigt in één vloeiende curve

Tweede buigmodus

De tweede modus heeft een complexer patroon:

  • Eén intern knooppunt: Een enkel punt langs de schacht (meestal in het midden van de overspanning) waar de doorbuiging nul is
  • S-curve vorm: De schacht buigt aan beide zijden van het knooppunt in tegengestelde richting
  • Twee buiken: De grootste afbuigingen vinden plaats aan beide zijden van het knooppunt
  • Hogere frequentie: Natuurlijke frequentie aanzienlijk hoger dan de eerste modus

Derde modus en hoger

  • Derde modus: Twee interne knooppunten, drie buiken
  • Vierde modus: Drie knooppunten, vier buiken
  • Algemene regel: Modus N heeft (N-1) interne knooppunten
  • Toenemende complexiteit: Hogere modi tonen steeds complexere golfpatronen

Fysieke betekenis van knooppunten

Nul afbuiging

Op een knooppunt tijdens de trilling op de natuurlijke frequentie van die modus:

  • De laterale verplaatsing is nul
  • De as gaat door zijn neutrale as
  • De buigspanning is echter doorgaans maximaal (de helling van de afbuigingscurve is maximaal)
  • Schuifkrachten zijn het grootst bij knooppunten

Nulgevoeligheid

Krachten of massa's die op knooppunten worden uitgeoefend, hebben een minimaal effect op die specifieke modus:

  • Toevoegen correctiegewichten bij knooppunten wordt die modus niet effectief in evenwicht gebracht
  • Sensoren die bij knooppunten zijn geplaatst, detecteren minimale trillingen voor die modus
  • Ondersteuningen of beperkingen bij knooppunten hebben minimale invloed op de natuurlijke frequentie van de modus

Praktische implicaties voor het balanceren

Correctievlakselectie

Inzicht in de locatie van knooppunten is bepalend voor de balansstrategie:

Voor stijve rotoren

  • Werken onder de eerste kritische snelheid
  • Eerste modus niet significant opgewonden
  • Standaard tweevlaksbalancering nabij rotoruiteinden is effectief
  • Knooppunten zijn geen primaire zorg

Voor flexibele rotoren

  • Werken boven of boven kritische snelheden
  • Moet rekening houden met modusvormen en knooppunten
  • Effectieve correctievlakken: Moet zich op of nabij de buikpunten bevinden (maximale afbuigpunten)
  • Ineffectieve locaties: Correctievlakken op of nabij knooppunten hebben een minimaal effect op die modus
  • Modale Balans: Houdt expliciet rekening met de locaties van knooppunten bij het verdelen van correctiegewichten

Voorbeeld: Balans van de tweede modus

Beschouw een lange flexibele as die boven de eerste kritische snelheid werkt en de tweede modus exciteert:

  • De tweede modus heeft één knooppunt in het midden van de overspanning
  • Het plaatsen van alle correctiegewichten nabij het midden van de overspanning (het knooppunt) zou ineffectief zijn
  • Optimale strategie: Plaats correcties op de twee buikpunten (aan weerszijden van de knoop)
  • Het gewichtsverdelingspatroon moet overeenkomen met de vorm van de tweede modus voor een effectieve balans

Overwegingen bij sensorplaatsing

Strategie voor trillingsmeting

Knooppunten hebben een kritische invloed op trillingsbewaking:

Vermijd knooppuntlocaties

  • Sensoren bij knooppunten detecteren minimale trillingen voor die modus
  • Er kunnen aanzienlijke trillingsproblemen over het hoofd worden gezien als er alleen op knooppunten wordt gemeten
  • Kan een verkeerde indruk wekken van acceptabele trillingsniveaus

Doelantinodelocaties

  • Maximale trillingsamplitude bij buiken
  • Meest gevoelig voor het ontwikkelen van problemen
  • Meestal op lagerlocaties voor de eerste modus
  • Voor hogere modi kunnen tussenliggende meetpunten nodig zijn

Meerdere meetpunten

  • Meet bij flexibele rotoren op meerdere axiale locaties
  • Zorgt ervoor dat er geen modus wordt gemist vanwege de knooppuntpositionering
  • Maakt experimentele bepaling van modusvormen mogelijk
  • Kritische apparatuur heeft vaak sensoren bij elk lager en in het midden van de spanwijdte

Het bepalen van knooppuntlocaties

Analytische voorspelling

  • Eindige elementenanalyse: Berekent modusvormen en identificeert knooppunten
  • Balktheorie: Voor eenvoudige configuraties voorspellen analytische oplossingen de locaties van knooppunten
  • Ontwerphulpmiddelen: Rotordynamica-software biedt visuele vormweergaven met gemarkeerde knooppunten

Experimentele identificatie

1. Impact (stoot) testen

  • Sla op meerdere plaatsen op de as met een hamer met instrumentatie
  • Meet de respons op meerdere punten
  • Locaties die geen respons vertonen op een bepaalde frequentie zijn knooppunten voor die modus

2. Meting van de doorbuigingsvorm tijdens bedrijf

  • Meet tijdens bedrijf nabij de kritische snelheid de trillingen op veel axiale locaties
  • Grafiek van de afbuigingsamplitude versus positie
  • Nulkruispunten zijn knooppuntlocaties

3. Proximity Probe Arrays

  • Meerdere contactloze sensoren langs de schachtlengte
  • Direct de asafbuiging meten tijdens het opstarten/uitlopen
  • De meest nauwkeurige experimentele methode voor het identificeren van knooppunten

Knooppunten versus buikpunten

Knooppunten en buiken zijn complementaire concepten:

Knooppunten

  • Nul doorbuiging
  • Maximale buighelling en spanning
  • Lage effectiviteit voor krachttoepassing of -meting
  • Ideaal voor ondersteuningslocaties (minimaliseren van de overgebrachte kracht)

Buikspieren

  • Maximale doorbuiging
  • Nul buighelling
  • Maximale effectiviteit voor correctiegewichten
  • Optimale sensorplaatsingslocaties
  • Locaties met de hoogste spanning (voor gecombineerde belasting)

Praktische toepassingen en casestudies

Case: Papiermachinerol

  • Situatie: Lange (6 meter) rol met 1200 toeren per minuut, hoge trillingen
  • Analyse: Werken boven de eerste kritische, opwindende tweede modus met een knooppunt op het midden van de overspanning
  • Eerste poging tot evenwicht: Gewichten toegevoegd in het midden van de overspanning (gemakkelijke toegang) met slechte resultaten
  • Oplossing: Erkenning dat het midden van de overspanning een knooppunt was; gewichten herverdeeld over kwartpunten (antinodes)
  • Resultaat: Trillingen verminderd door 85%, succesvolle modale balancering

Casus: Stoomturbinebewaking

  • Situatie: Nieuw trillingsbewakingssysteem toont lage trillingen ondanks bekende onbalans
  • Onderzoek: Sensor onbedoeld geplaatst nabij knooppunt van dominante modus
  • Oplossing: Extra sensoren op de locaties van de buiken gaven de werkelijke trillingsniveaus aan
  • Les: Houd bij het ontwerpen van bewakingssystemen altijd rekening met de vorm van de modi

Geavanceerde overwegingen

Verplaatsen van knooppunten

In sommige systemen verschuiven knooppunten afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden:

  • Snelheidsafhankelijke lagerstijfheid verandert de knooppuntlocaties
  • Temperatuureffecten op de asstijfheid
  • Belastingafhankelijke respons
  • Asymmetrische systemen kunnen verschillende knooppunten hebben voor horizontale en verticale beweging

Benaderende versus echte knooppunten

  • Echte knooppunten: Exacte nul-afbuigpunten in ideale systemen
  • Geschatte knooppunten: Locaties met zeer lage (maar niet nul) afbuiging in echte systemen met demping en andere niet-ideale effecten
  • Praktische overweging: Echte knooppunten zijn gebieden met een lage afbuiging in plaats van exacte wiskundige punten

Inzicht in knooppunten biedt cruciaal inzicht in het trillingsgedrag van rotoren en is essentieel voor het effectief balanceren van flexibele rotoren, optimale plaatsing van sensoren en de juiste interpretatie van trillingsgegevens in roterende machines.

← Terug naar hoofdindex

Categorieën:
WhatsApp